CN108115129A - 一种带热处理仓的3d打印室 - Google Patents

一种带热处理仓的3d打印室 Download PDF

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Abstract

一种带热处理仓的3D打印室，包括成形仓1，在成形仓1的一侧仓壁上设有成形仓门14、抽气口及抽气阀门11、进气口及进气阀门12和泄压口及泄压阀门13，其特征在于，在成形仓门14对面的仓壁外设有热处理仓2，成形仓1和热处理仓2均为密封仓，在成形仓门14对面的仓壁上设有隔热门25，隔热门25将成形仓1和热处理仓2连接在一起；所述的隔热门25连接有隔热门运动装置24，隔热门运动装置24又通过电缆23与隔热门运动控制装置22连接，隔热门运动控制装置22通过控制隔热门运动装置24打开或关闭隔热门25；本发明克服了现有3D打印成形过程易开裂，打印过程周期长的缺陷，本发明是一个良好的3D打印室，打印快，大件不易开裂，提高了产品质量，缩短了打印周期。

Description

一种带热处理仓的3D打印室
技术领域
本发明是一种带热处理仓的3D打印室，涉及3D打印用的惰性气体环境保护室，尤其适合送粉式金属构件增材制造。这种惰性气体环境保护室也被称为气氛保护室，为3D打印成形过程提高惰性气体保护。
背景技术
3D打印学名增材制造，是一种根据三维数字模型进行材料添加和融合来制造构件的过程，通常采用层层叠加方式进行，是一种与传统的减材制造相反的新兴制造技术。该技术可以在一台设备上根据数字模型快速精确地制造几乎任意形状的结构，解决了以往复杂结构难以加工的问题，同时减少了工序、缩短了单件制造周期、节省材料，被认为可能给传统制造业带来变革性的影响。
增材制造过程通常分成四个步骤，首先使用CAD软件进行设计或通过对实物的三维扫描建立三维数字模型，然后对这个三维模型进行添加辅助支撑结构、分层和路径规划等工艺处理，形成工艺文件，接下来将这个工艺文件输入增材制造设备进行逐层加工，得到三维实体，最后进行热处理和必要的表面处理等后处理。针对不同的材料，增材制造出了多种技术分支，包括熔融沉积成形技术(Fused Deposition Modeling，FDM)、激光选区烧结(Selective Laser Sintering)、激光熔化沉积(Laser Melting Deposition，LMD)、激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)、电子束选区熔化(Selective Electron BeamMelting，SEBM)、层压制造技术Layer Laminate Manufacturing(LLM)、激光化学气相沉积技术(Laser Chemical Vapor Deposition，LCVD)等
由于金属零件通常要求较高的机械性能，而且金属材料本身熔点高、对激光的吸收率低，加工困难，因此，金属材料的增材制造具有最大的难度，同时也对制造业具有最大的影响。
在大型金属构件的送粉式增材制造过程中，为了避免金属在熔融状态下发生氧化，从而影响成形件的性能，成形过程需要很低的水、氧含量的气体环境下进行。通常的办法是将用于成形的机械传动(比如机床)、光粉耦合、工作台等机构放置在一个密闭容器内工作，并在该容器内充入惰性气体。该容器称为惰性气体环境保护室或气氛保护室。
在金属材料的3D打印成形过程中很容易在成形构件内形成内应力，造成成形件变形和开裂，严重影响金属构件，尤其是大尺寸的金属构件3D打印成形件的质量。为了减小内应力，通常采用的办法是在连续完成3D打印成形过程后，将成形构件放入热处理设备进行热处理去应力，但依然存在下列问题：
1.对于大尺寸的金属构件，由于将成形构件放入热处理要花一段时间运输，往往在进行热处理之前，变形和开裂就已经发生，造成成品率大大降低，同时也大幅增大工艺难度。
2.另一种减小内应力的方法是在将3D打印成形过程分段进行，每打印一定高度，就将半成品构件从气氛室内取出，放入热处理设备进行热处理，然后进行打印表面处理，同时重新准备号气氛室的气体环境后，再将半成品构件放入气氛室内，重新定位并继续打印。由于准备气氛室的惰性气体环境需要耗费数小时的时间和大量惰性气体，所以这种方法大幅增加了制造周期。
发明内容
本发明针对以上问题，提出了一种带热处理仓的3D打印成形室，克服了现有技术存在的问题，保证了3D打印成品质量好、周期短。
一种带热处理仓的3D打印室，包括成形仓1，在成形仓1的一侧仓壁上设有成形仓门14、抽气口及抽气阀门11、进气口及进气阀门12和泄压口及泄压阀门13，其特征在于，在成形仓门14对面的仓壁外设有热处理仓2，成形仓1和热处理仓2均为密封仓，在成形仓门14对面的仓壁上设有隔热门25，隔热门25将成形仓1和热处理仓2连接在一起；所述的隔热门25连接有隔热门运动装置24，隔热门运动装置24又通过电缆23与隔热门运动控制装置22连接，隔热门运动控制装置22通过控制隔热门运动装置24打开或关闭隔热门25；
在成形仓1的底部设有成形仓导轨31，在热处理仓2的底部设有热处理仓导轨32，在成形仓导轨31安置有工作台3，工作台3底下安装至少3对工作台底轮33；
当隔热门25打开时，工作台3能运动到热处理仓导轨32上；
工作时，在成形仓1和热处理仓2内都充满保护气体。
所述的保护气体是惰性气体。
所述的保护气体是氮气。
本发明克服了现有3D打印成形过程易开裂，打印过程周期长的缺陷，本发明是一个良好的3D打印室，打印快，大件不易开裂，提高了产品质量，缩短了打印周期。
附图说明
图1、本发明结构示意图；
其中，1为成形仓，2为热处理仓，3为工作台，11为抽气口及抽气阀门，12为进气口及进气阀门，13为泄压口及泄压阀门，14为成形仓门，22为隔热门运动控制装置，23为电缆，24为隔热门运动装置，25为隔热门，31为成形仓导轨，32为热处理仓导轨，33为工作台底轮。
具体实施方式
一种带热处理仓的3D打印室，包括成形仓1，在成形仓1的一侧仓壁上设有成形仓门14、抽气口及抽气阀门11、进气口及进气阀门12和泄压口及泄压阀门13，其特征在于，在成形仓门14对面的仓壁外设有热处理仓2，成形仓1和热处理仓2均为密封仓，在成形仓门14对面的仓壁上设有隔热门25，隔热门25将成形仓1和热处理仓2连接在一起；所述的隔热门25连接有隔热门运动装置24，隔热门运动装置24又通过电缆23与隔热门运动控制装置22连接，隔热门运动控制装置22通过控制隔热门运动装置24打开或关闭隔热门25；
在成形仓1的底部设有成形仓导轨31，在热处理仓2的底部设有热处理仓导轨32，在成形仓导轨31安置有工作台3，工作台3底下安装至少3对工作台底轮33；
当隔热门25打开时，工作台3能运动到热处理仓导轨32上；
工作时，在成形仓1和热处理仓2内都充满保护气体。
所述的保护气体是惰性气体。
所述的保护气体是氮气。
如图1所示，这种带热处理仓的3D打印成形室包含成形仓、热处理仓、隔热门、隔热门运动机构、隔热门控制装置四个部分。成形仓和热处理仓之间通过隔热门相通，均具有很好的刚性和气密性，能够在较低的负压状态下保持密封，同时，热处理仓壁和隔热门还具有很好的隔热性能。隔热门运动机构位于气氛保护室内部，带动隔热门做开启或关闭运动。隔热门控制装置位于气氛保护室外面，以电缆或无线通信方式与隔热门运动装置连接，控制隔热门的开启和关闭。
成形仓上还设有成形仓门、抽气口、进气口和泄压口，成形仓内和热处理仓内铺设导轨，工作台在电机带动下可在导轨上滑动。在成形仓上，抽气口通过抽气阀与抽真空装置连接，用于将成形室内气体抽出；进气口通过进气阀与惰性气体供气装置连接，用于向成形室内提供惰性气体；泄压口通过泄压阀通向大气，当成形室内气压超过预设的值(大于大气压0.03MPa)时向外排气泄压。
工作开始时，隔热门处于打开状态，成形仓和热处理仓的气体相通，同时关闭进气阀和泄压阀。先使用抽真空装置将成形室内空气抽出，然后关闭抽气阀，打开进气阀，向成形室内充入惰性气体，待气压传感器检测到成形室内气大于大气压时0.03MPa以上时，关闭充气阀，检测氧传感器和水份传感器的读数。如果氧传感器和水份传感器检测到的气氛室内氧含量或水含量大于工艺要求的阈值，则重复上述抽气、充气步骤，直到气氛室内的氧含量和水含量达到工艺要求的标准，关闭进气阀门，打开泄压阀，同时，当气氛室内气压低于0.103MPa时，需打开进气阀门补充惰性气体，以保持气氛室内处于正压状态。
准备好气体保护环境后，关闭隔热门，在成形仓近内执行打印成形工作，打印成形的零件在工作台上。待零件打印到一定高度后(根据工艺要求确定)，打开隔热门，工作台沿滑轨进入热处理仓，关闭隔热门，启动热处理程序对工件进行热处理。热处理完成后，打开隔热门，工作台进入成形室继续打印成形。重复上述步骤，直至打印完成，打开成形仓门，可取出零件。
一种带热处理仓的3D打印成形室，包含成形仓、热处理仓、隔热门、隔热门运动机构、隔热门控制装置四个部分。成形仓和热处理仓之间通过隔热门相通，均具有很好的刚性和气密性，同时，热处理仓壁和隔热门还具有很好的隔热性能。隔热门运动机构位于气氛保护室内部，隔热门控制装置位于气氛保护室外面，以电缆或无线通信方式与隔热门运动装置连接，控制隔热门的开启和关闭。在成形仓内进行3D打印的成形构件，直接进入热处理仓进行热处理后返回成形仓继续打印，减少了以往需从成形室内取出送到热处理炉做热处理后在返回成形室继续打印所带来的气氛环境准备和成形件的成形面处理的工序，大幅提高工作效率。
一种带热处理仓的3D打印气氛保护室，其特征在于，包含成形仓、热处理仓、隔热门、隔热门运动机构、隔热门控制装置四个部分。成形仓和热处理仓之间通过隔热门相通，隔热门运动机构位于气氛保护室内部，隔热门控制装置位于气氛保护室外面。
所述的一种带热处理仓的3D打印气氛保护室，其特征在于，所述的隔热门运动装置通过电缆或无线通信方式与隔热门运动装置连接。

Claims (3)

1.一种带热处理仓的3D打印室，包括成形仓1，在成形仓1的一侧仓壁上设有成形仓门14、抽气口及抽气阀门11、进气口及进气阀门12和泄压口及泄压阀门13，其特征在于，在成形仓门14对面的仓壁外设有热处理仓2，成形仓1和热处理仓2均为密封仓，在成形仓门14对面的仓壁上设有隔热门25，隔热门25将成形仓1和热处理仓2连接在一起；所述的隔热门25连接有隔热门运动装置24，隔热门运动装置24又通过电缆23与隔热门运动控制装置22连接，隔热门运动控制装置22通过控制隔热门运动装置24打开或关闭隔热门25；
在成形仓1的底部设有成形仓导轨31，在热处理仓2的底部设有热处理仓导轨32，在成形仓导轨31安置有工作台3，工作台3底下安装至少3对工作台底轮33；
当隔热门25打开时，工作台3能运动到热处理仓导轨32上；
工作时，在成形仓1和热处理仓2内都充满保护气体。
2.根据权利要求1所述的一种带热处理仓的3D打印室，其特征在于，所述的保护气体是惰性气体。
3.根据权利要求1所述的一种带热处理仓的3D打印室，其特征在于，所述的保护气体是氮气。
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